CN101840018B - 多芯长周期光纤光栅制造方法及光纤旋转定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种多芯长周期光纤光栅制造方法及光纤旋转定位装置。(1)将一根含有多个纤芯、且多个纤芯不在同一平面上的多芯光纤安装在光纤旋转定位装置上，光纤旋转定位装置的上方有CO2激光脉冲；(2)调节光纤旋转定位装置将多芯光纤的中一根纤芯对准CO2激光脉冲，并进行多次曝光，在该纤芯上制作出一个光栅；(3)重复第(2)步操作，分别在多芯光纤的其他纤芯上写入光栅。本发明实施简便，可以大大提高光栅写入质量，使制作过程易于控制，降低多芯光栅写入难度，适合大规模化生产。所制作的多个光纤光栅集成于一根光纤中，可提高光学器件在光纤中的集成，可进行多个物理量的同时测量。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信和光纤传感技术领域，涉及一种多芯长周期光纤光栅的制造技术。
背景技术
典型的光纤是单芯结构，由包层环绕着纤芯构成圆柱形光波导。多芯光纤是在同一外包层内含有多根纤芯，每根纤芯周围都是包层材料。因此，每个纤芯都是一条光(纤)波导，即一根多芯光纤中集成了多根单芯光纤。多芯光纤的概念，早在上世纪70年代末就被提出，目的是为了同时解决降低光纤光缆的制造成本和开发高密集度大芯数光缆这两大难题。但是直到上世纪90年代，随着光纤制造技术的不断发展和完善，使得多芯光纤在制造过程中，内残余应力不断降低，机械强度和可靠性提高，才逐渐发展到实用化、商品化的阶段。多芯光纤在光纤通信和光纤传感领域具有很多用途，利用多光束干涉效应可以构成多种器件，例如：光纤滤波器、光开关、光波分复用器、光分插复用器；利用多芯光纤进行能量泵铺，可以制造更大功率的光纤激光器，将稀土元素掺入多芯光纤中，可以改善光纤放大器的增益均衡特性。
长周期光纤光栅的形成机理及制作工艺等技术的实现已经日趋完善，但其多局限于对单芯长周期光纤光栅的研究，或在多芯光纤中制作布拉格光纤光栅[美国专利NO.20070286561A1和NO.20070201793A1]，这些光纤光栅的制作多数采用单侧曝光，一次性写入，多个纤芯折射率变化不均匀，很难满足批量制作及多光栅周期的制作要求。此外，多芯长周期光纤光栅较多芯布拉格光纤光栅具有更多优越的特性，其光栅周期长，插入损耗低、背向反射小，同时其传输谱对温度、应变、环境折射率等多种因素的变化都比较敏感，在光纤通信和光纤传感领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单可行，能制备出可调谐性大的光纤光栅的多芯长周期光纤光栅制造方法。本发明的目的还在于提供一种多芯长周期光纤光栅制造方法的光纤旋转定位装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的多芯长周期光纤光栅制造方法为：(1)将一根含有多个纤芯、且多个纤芯不在同一平面上的多芯光纤安装在光纤旋转定位装置上，光纤旋转定位装置的上方有CO2激光脉冲；(2)调节光纤旋转定位装置将多芯光纤的中一根纤芯对准CO2激光脉冲，并进行多次曝光，在该纤芯上制作出一个光栅；(3)重复第(2)步操作，分别在多芯光纤的其他纤芯上写入光栅。
本发明的多芯长周期光纤光栅制造方法的具体实现步骤包括：
1)取一根多芯光纤，所述多芯光纤具有2-4根纤芯，各纤芯均匀分布在同心圆周上，将多芯光纤的一段剥除涂敷层；用酒精和乙醚混合液反复擦拭多芯光纤的外包层，清洁后将多芯光纤固定在光纤旋转定位装置的光纤夹具上；
2)调节光纤旋转定位装置的二维调节架和剪式升降台，在显微镜下观察，将经步骤1)处理的多芯光纤置于CO2激光器的焦平面上，将多芯光纤的一个纤芯朝上，正对CO2激光脉冲，调节好之后移走显微镜；
3)开启控制CO2激光器的计算机，绘制待写光栅图样，设置激光打标参数，提供宽带光源，启动达标程序，进行多次曝光；
4)通过光谱仪监测光栅形成，达到所需透射峰值时停止曝光，完成在一个纤芯上制作光栅；
5)光纤旋转定位装置旋转，在显微镜下观察，将多芯光纤的另一纤芯旋转至正对CO2激光脉冲的曝光点，重复步骤3)、4)，逐一完成在其它纤芯上光栅的制作；
6)进行封装。
所述多芯光纤多个纤芯不在同一平面，各纤芯分布在一个同心圆周上，各个纤芯离包层外边界距离较近，各纤芯间的距离较大，纤芯间无相互干涉。
所述的精密光纤旋转定位系统装置如图1所示，两个旋转台分别由步进电机精确控制可进行任意角度的旋转，精密光纤旋转定位系统装置的两个旋转台可以通过二维调节架和剪式升降台分别进行三维调节。
所述的高频CO2激光脉冲的激光参数由计算机控制，同时可在计算机上绘制出不同光栅周期和不同的形状。
所述的光纤为普通光纤，不需要特殊的光敏光纤，制作成本低。
本发明可以克服现有技术的缺点，该方法制备简单，可调谐性大。
本发明实施简便，可以大大提高光栅写入质量，使制作过程易于控制，降低多芯光栅写入难度，适合大规模化生产。所制作的多个光纤光栅集成于一根光纤中，可提高光学器件在光纤中的集成，可进行多个物理量的同时测量。
附图说明
图1是本发明用于制作多芯长周期光纤光栅的精密光纤旋转定位系统装置示意图。其中1-CO2激光器；2-二维扫描振镜；3-聚焦CO2脉冲；4-待写入光栅的多芯光纤；5-曝光点；6-光纤夹具；7-多维调节架；8-旋转台；9-二维调节架；10-宽带光源；11-剪式升降台；12-光学平台。
图2是多芯长周期光纤光栅写入位置示意图。
图3(a)双芯长周期光纤光栅结构示意图、图3(b)三长周期光纤光栅结构示意图芯、图3(c)四芯长周期光纤光栅结构示意图。
图4(a)-图4(c)是本发明制作多芯光纤光栅时光纤旋转剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
实施方案1：
首先校准高频CO2激光器，并确定激光器的参数，如工作频率、占空比和释放时间等。调解激光脉冲的频率和Q释放时间等参数，可以改变光纤曝光点5的激光能量。其次根据实际制作要求设计多芯长周期光纤光栅的谐振波长和损耗峰值大小，确定光栅的周期和长度。
以四芯光纤长周期光纤光栅的制作为例，包括以下步骤：
1)取一根多芯光纤4，光纤具有四个纤芯14，四个纤芯对称分布在同心圆周上，将其中一段剥除涂敷层，大约为50mm左右；使用无纺布蘸酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤的外包层13，清洁后固定在光纤夹具6上；
2)如图2所示，通过精密光纤旋转定位系统的二维调节架9和剪式升降台11，在显微镜下观察，将光纤置于CO2激光器的焦平面上，即使光纤置于激光脉冲曝光点5，尽量避免光纤发生扭转，将多芯光纤的一个芯朝上，正对CO2激光脉冲3，调节好之后移走显微镜；
3)开启控制CO2激光器的计算机，绘制待写光栅图样，设置激光打标参数，提供宽带光源10，启动达标程序，进行多次曝光；
4)通过光谱仪监测光栅形成，达到所需透射峰值时停止曝光，完成在一个纤芯上制作光栅；
5)步进电机控制精密光纤旋转定位系统装置将光纤旋转90°，如图4(c)所示，在显微镜下观察，逐一将多芯光纤的其它纤芯旋转至正对CO2激光脉冲的曝光点，重复上述步骤，完成在其它纤芯上光栅的制作如图3(c)所示；
6)进行封装。
实施方案2：
首先校准高频CO2激光器，并确定激光器的参数，如工作频率、占空比和释放时间等。调解激光脉冲的频率和Q释放时间等参数，可以改变光纤曝光点5的激光能量。其次根据实际制作要求设计多芯长周期光纤光栅的谐振波长和损耗峰值大小，确定光栅的周期和长度。
以双周期双芯光纤长周期光纤光栅的制作为例，包括以下步骤：
1)取一根多芯光纤4，光纤具有两个纤芯14，如图2所示，将其中一段剥除涂敷层，大约为50mm左右；使用无纺布蘸酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤的外包层13，清洁后固定在光纤夹具6上；
2)如图2所示，通过精密光纤旋转定位系统的二维调节架9和剪式升降台11，在显微镜下观察，将光纤置于CO2激光器的焦平面上，即使光纤置于激光脉冲曝光点5，尽量避免光纤发生扭转，将多芯光纤的一个芯朝上，正对CO2激光脉冲3，调节好之后移走显微镜；
3)开启控制CO2激光器的计算机，绘制待写光栅图样，确定写入光栅周期A，设置激光打标参数，提供宽带光源10，启动达标程序，进行多次曝光；
4)通过光谱仪监测光栅形成，达到所需透射峰值时停止曝光，完成在一个纤芯上制作光栅；
5)步进电机控制精密光纤旋转定位系统装置将光纤旋转180°，如图4(a)所示，在显微镜下观察，逐一将双芯光纤的另一个纤芯旋转至正对CO2激光脉冲的曝光点，
6)在控制CO2激光器的计算机上绘制在另一个纤芯上写入的光栅周期B，启动达标程序，进行多次曝光；
7)通过光谱仪监测光栅形成，达到所需透射峰值时停止曝光，完成在另一个纤芯上光栅的制作；
8)至此在一根双芯光纤的两个纤芯分别写入了周期为A和B的长周期光纤光栅，如图3(a)所示；
9)进行封装。
利用本发明还可以在其它多芯光纤如三芯光纤上制作长周期光纤光栅，如图3(b)所示。本发明的精密光纤旋转定位系统装置操作简单，旋转角度控制灵活，可以满足任意角度的长周期光纤光栅的制作要求，同时还能完成扭转光纤光栅的制作。
Claims (2)
1.一种多芯长周期光纤光栅制造方法，其特征是包括如下具体步骤：
1)取一根多芯光纤，所述多芯光纤具有2-4根纤芯，各纤芯均匀分布在同心圆周上，将多芯光纤的一段剥除涂敷层；用酒精和乙醚混合液反复擦拭多芯光纤的外包层，清洁后将多芯光纤固定在光纤旋转定位装置的光纤夹具上；
2)调节光纤旋转定位装置的二维调节架和剪式升降台，在显微镜下观察，将经步骤1)处理的多芯光纤置于CO2激光器的焦平面上，将多芯光纤的一个纤芯朝上，正对CO2激光脉冲，调节好之后移走显微镜；
3)开启控制CO2激光器的计算机，绘制待写光栅图样，设置激光打标参数，提供宽带光源，启动打标程序，进行多次曝光；
4)通过光谱仪监测光栅形成，达到所需透射峰值时停止曝光，完成在一个纤芯上制作光栅；
5)光纤旋转定位装置旋转，在显微镜下观察，将多芯光纤的另一纤芯旋转至正对CO2激光脉冲的曝光点，重复步骤3)、4)，逐一完成在其它纤芯上光栅的制作；
6)进行封装。
2.一种实现权利要求1所述多芯长周期光纤光栅制造方法的光纤旋转定位装置，其特征是：包括光学平台(12)，设置于光学平台(12)上的两个升降台(11)，设置于每个升降台上的二维调节架(9)；所述升降台是剪式升降台；所述二维调节架上设置旋转台(8)，旋转台上安装多维调节架(7)，多维调节架上设置光纤夹具(6)；宽带光源(10)从一端输入待写入光栅的多芯光纤(4)。
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